Mitai apie gyvalazdes - Vilniaus universitetas

More documents

Recommendations

Info

28 Mokslas ir gyvenimas 2011 Nr. 7 Antropinis principas: gyvybë = anglis + kiti org Tæsinys. Pradþia Nr. 5–6 Doc. dr. Kazimieras KONSTANTINAVIÈIUS Organogeniniø atomø fizikiniø ir cheminiø savybiø skirtingumas nuo kitø atomø savybiø (þr. pirmà straipsnelá „Organogenai periodinëje sistemoje“) lemia ir jø sudaromø molekuliø ávairovæ bei savybiø iðskirtinumà. Ið ðiø molekuliø Þemëje iðsivystë gyvybë, sudaryta ið maþø làsteliø (þr. straipsnelá „Kodël làstelë maþa?“, „Mokslas ir gyvenimas“, 2007, Nr. 2, Nr. 3), kurios vykdo pagrindines gyvybines funkcijas ir atsinaujindamos sintetina tokias pat molekules ir makromolekules. Làstelës yra sudarytos ið makromolekuliniø struktûrø, esanèiø vandenyje (þr. straipsnelá „Vanduo – gyvybës statybininkas… O gal montuotojas“, „Mokslas ir gyvenimas“, 2004, Nr.2, Nr.3). Ðios makromolekulinës struktûros yra lanksèios ir lengvai susidaro, todël jos priklauso nuo palyginti silpnos tarpmolekulinës sàveikos (nes cheminës jungtys paprastai sudaro tvirtas ir kietas kristalines uolienas). Èia panagrinësime, kodël pagrindinës gyvybës molekulës yra linijinës makromolekulës, kokios tarpmolekulinës sàveikos lemia làstelës struktûrø susidarymà ir kaip tokios silpnos sàveikos sudaro pakankamai stabilias molekulines struktûras. Pagaliau kodël gyvybei yra bûtinas skystis ir tas skystis turi bûti vanduo. Tarpmolekulinës vandervalsinës dispersinës-Londono sàveikos Bendriausios tarpmolekulinës sàveikos, veikianèios tarp visø molekuliø, neutraliø ir joniniø, poliniø ar nepoliniø, yra vandervalsinës dispersinës-Londono sàveikos. Jos atsiranda todël, kad visø atomø ir molekuliø elektronai juda kaþkiek chaotiðkai branduoliø atþvilgiu ir taip judëdami gali susikaupti pirmos molekulës vienoje pusëje, pavyzdþiui, toje, kuri yra arèiau prie kitos molekulës. Tada joje elektronø krûvis tampa didesnis uþ èia esanèiø branduoliø krûvá ir ta molekulës pusë ágyja neigiamà krûvá, todël stumia nuo savæs antros molekulës elektronus, kurie nutols nuo pirmos molekulës elektronø ir tarp jø sumaþës stûma. Tuo tarpu pirmos molekulës susibûræ elektronai traukia antros molekulës „apnuogintus“ branduolius, ir ði trauka sustiprëja, nes jø neekranuoja nutolæ antros molekulës elektronai. Taip tarp vienos ir kitos molekuliø elektronø ir tarp abiejø molekuliø bran- Organogenø (makro)molekuliø iðskirtinumas duoliø stûma sumaþëja, o trauka tarp abiejø molekuliø elektronø ir branduoliø sustiprëja ir tarp molekuliø atsiranda trauka. Taip pat atsiras trauka tarp molekuliø, kai pirmos molekulës elektronai trumpam susiburs tolimesnëje nuo antros molekulës pusëje. Analogiðkai tarp molekuliø atsiranda trauka ir kai antros molekulës elektronai trumpam susiburia kurioje nors jos dalyje. Taèiau elektronai juda labai greitai (deðimtis tûkstanèiø kilometrø per sekundæ) ir toks elektronø susikaupimas vienose ar kitose molekuliø vietose yra trumpalaikis, jie labai greitai ið tos vietos iðsiskirsto. Vis dëlto elektriniai laukai sklinda greièiau (ðviesos greièiu, apie tris ðimtus tûkstanèiø kilometrø per sekundæ) nei elektronø susikaupimas iðnyksta ir tarp molekuliø trauka suspëja atsirasti. Po taip pat labai trumpo laiko vëlgi elektronai susikaupia kitoje molekuliø vietoje ir todël molekulës praktiðkai visà laikà viena kità traukia. Kadangi dël chaotiðko elektronø judëjimo elektronai susikaupia ávairiose molekulës vietose, tai dispersinës-Londono sàveikos neturi aiðkiai orientuotos krypties ir tarp visaip pasisukusiø molekuliø visuomet yra trauka , kuri staigiai maþëja didëjant atstumui tarp molekuliø. Kuo didesnis yra atomas, tuo silpniau elektronai traukiami prie branduolio, laisviau juda ir gali daugiau pasislinkti nuo branduolio, tuo stipriau stumia kito atomo elektronus. Todël kuo didesnis yra atomas, tuo stipresnës dispersinës-Londono sàveikos tarp ðiø atomø. Akivaizdþiai ði sàveikø stiprumo priklausomybë nuo atomø dydþiø matyti ið inertiniø dujø skystëjimo ir kietëjimo (ar virimo ir garavimo) temperatûrø kitimo, nes ðie atomai sàveikauja tik dispersinëmis-Londono sàveikomis. Ðiø elementø Sveikiname docentà fiziniø mokslø daktarà Kazimierà Konstantinavièiø 80-ojo gimtadienio proga. Jubiliatas dirbo Biochemijos institute, o mûsø þurnalo skaitytojams prisistatë straipsniais 1970 m. Nr. 10 „Sekundë làstelëje“ ir 1980-øjø Nr. 10 – „Kvantinë biochemija“. Moksliniai darbai susijæ su genetika, làstelës biologija ir kvantine chemija. Daug metø skaitë molekulinës biofizikos kursà VU, KMI ir VPI biofizikams, biochemikams, fizikams. Telydi Jus gera sveikata, sëkmë, iðtvermë. Dëkinga uþ ilgametá vaisingà bendradarbiavimà – „Mokslo ir gyvenimo” redakcija skystëjimo ir kietëjimo temperatûros, didëjant atomui, yra: helio –272 °C, neono –249 °C, argono –189 °C, kriptono –157 °C, ksenono –112 °C, radono –71 °C. Kuo ðios temperatûros yra aukðtesnës, tuo stipresnës yra dispersinës-Londono sàveikos ir jos stiprëja didëjant atomo matmenims ir periodo numeriui. Molekulëje elektronø pasislinkimo didumas priklauso nuo jà sudaranèiø atomø elektronø pasislinkimo branduoliø atþvilgiu, ir kuo didesni atomai sudaro molekulæ, tuo stipresnës dispersinës-Londono sàveikos tarp ðiø molekuliø. Kadangi pirmo ir antro periodo atomai yra maþesni nei treèio bei tolimesniø periodø atomai, tai tarp sudarytø ið antro periodo atomø ir vandenilio molekuliø vandervalsinës dispersinës-Londono sàveikos turi bûti silpniausios, stipresnës yra tarp molekuliø, sudarytø ið tolimesniø periodø atomø. Elektrostatinës sàveikos Elektrostatinës sàveikos tarp molekuliø atsiranda dël sàveikø tarp atomø krûviø, kuriuos jie turi polinëse jungtyse ar konjuguotose π-posistemëse, svarbios sàveikos yra ir tarp jono (daþniausiai metalo ar halogeno chloro) ir molekuliø atomø krûviø. Elektrostatinës sàveikos susideda ið abiejø mo-
anogenai lekuliø atomø krûviø sàveikø pagal Kulono dësná, ir skystyje molekulës pasisuka taip, kad tarp jø bûtø didþiausia trauka. Poliniame skystyje, pavyzdþiui, vandenyje, jo molekulës irgi pasisuka taip, kad jø sàveika su iðtirpusia molekule bûtø didþiausia trauka, kai prie teigiamø krûviø skysèio molekulë stengiasi pasisukti neigiamu poliumi ir prie neigiamø krûviø – teigiamu poliumi. Molekulæ supanèio skysèio poliniø molekuliø orientacija apibûdinama dielektrine skvarba. Kuo stipresnë skysèio molekuliø orientacija ir didesnë skysèio dielektrinë skvarba, tuo labiau skysèio molekulës ekranuoja molekuliø krûvius ir silpnina elektrostatinæ sàveikà tarp molekuliø. Didëjant atstumui tarp sàveikaujanèiø molekuliø, vis daugiau skysèio molekuliø ekranuoja jø krûvius ir elektrostatinë sàveika tarp jø darosi vis silpnesnë. Vandens dielektrinë skvarba yra viena didþiausiø, todël elektrostatinës sàveikos tarp molekuliø vandenyje labai priklauso nuo atstumo tarp krûviø. Kai krûviai susilieèia, dielektrinë skvarba yra artima dviem, o kai atstumas tarp krûviø yra didesnis nei 2 nm (2x10 –9 m), ji iðauga apie keturiasdeðimt kartø ir tiek pat kartø sumaþëja sàveika tarp krûviø. Todël vandenyje elektrostatinës sàveikos maþëja labai staigiai ir sàveikos tarp atomø krûviø ar jonø yra svarbios tik kai jie susilieèia ar beveik susilieèia. Vandenilinës jungtys Gyvybei labai svarbus specifinis elektrostatiniø sàveikø atvejis – vandenilinës jungtys, kurios susidaro, kai tarp neigiamus krûvius turinèiø deguonies ar azoto atomø yra ásiterpæs ir prie vieno ið jø prisijungæs teigiamà krûvá turintis vandenilio atomas. Taip susidaro trijø krûviø tiltelis, kai kraðtuose yra neigiami deguonies ar azoto atomai ir tarp jø yra teigiamas vandenilio atomas (1 pav.). Ásiterpæs tarp neigiamø krûviø teigiamas krûvis juos traukia daug stipriau, nei neigiami krûviai vienas kità stumia, ir tai sàlygoja vandenilinës jungties susidarymà. 1 pav. Vandenilinës jungties trijø krûviø tiltelis Vandenilinës jungties stiprumas daugiausia priklauso nuo elektrostatiniø sàveikø tarp krûviø δ , δ’ , δ”, ir jos stipriausios, kai kraðtiniai atomai turi didþiausius neigiamus krûvius. Tokie kraðtiniai atomai yra paskutiniai antrojo periodo atomai azotas ir deguonis (neskaitant floro ir kitø halogenø, kurie daþniau pasireiðkia kaip neigiami jonai). Ðiø atomø sudaromos vandenilinës jungtys yra daug stipresnës (iki keliø kartø) uþ dispersines Londono sàveikas tarp tø paèiø ar kitø atomø. Taèiau vandenilinei jungèiai susidaryti labai svarbi yra Y atomo, deguonies ar azoto, „nepadalintos elektronø poros“ valentinë hibridinë orbitalë, turinti du elektronus ir nukreipta link tiesës, kurioje yra X – H atomai. Ði elektronø pora dar priartina Y atomo neigiamà krûvá prie teigiamà krûvá turinèio vandenilio atomo ir taip prie elektrostatiniø sàveikø tarp krûviø δ , δ’ , δ” dar prisideda papildoma trauka ir padidëja vandenilinës jungties stiprumas. Kartu vandenilinës jungties orientacija tampa priklausoma nuo nepadalintos elektronø poros valentinës orbitalës krypties ir todël vandenilinës jungtys yra kryptingos. Tuo tarpu treèiojo periodo fosforo ir sieros atomø sudaromos jungtys su vandenilio ir kitais atomais (P – H, S – H, …) yra silpnai polinës, tad jø vandenilinës jungtys yra silpnos ir praktiðkai beveik nesusidaro. Kitø atomø sudaromø jungèiø su vandeniliu poliškumas yra daug maþesnis nei deguonies ar azoto atomø, o daþnai ir prieðingas, ir vandenilinës jungtys nesusidaro. Dël elektrostatiniø sàveikø reikðmës vandeniliniø jungèiø nesudaro nepolinës cheminës jungtys –C–H, kurios yra vienos gausiausiø biologinëse maþose ir makromolekulëse. Vandenilinëms jungtims bûdinga savybë, skirianti jas nuo kitø tarpmolekuliniø sàveikø, yra pastovûs atstumai tarp kraðtiniø X ir Y atomø, bûdingi kiekvienai deguonies ir/ar azoto atomø porai. Ðie atstumai maþesni nei yra tarp ðiø atomø, kai jie susilieèia savo pavirðiais nesudarydami vandenilinës jungties. Nors visos pagrindinës tarpmolekulinës sàveikos yra svarbios gyvybei, bet iðskirtinai svarbios yra vandenilinës jungtys. Kai pokario metais pradëjo plëtotis molekulinë genetika ir ypaè kai paaiðkëjo vandeniliniø jungèiø reikðmë DNR dvigubos spiralës ir baltymø α ir β struktûrø susidarymui, buvo kalbama apie „vandeniliniø jungèiø amþiø“ molekulinëje biologijoje. Vëliau prasidëjo „epocha“ „hidrofobiniø sàveikø“ (tiksliau, „netirpumo“ vandenyje), kurios irgi priklauso nuo vandeniliniø jungèiø tarp vandens molekuliø (þr. anksèiau minëtà straipsnelá „Vanduo – gyvybës statybininkas…O gal montuotojas“). Tarpmolekuliniø sàveikø sumavimasis: struktûrinis atitikimas ir molekuliø atpaþinimas Svarbi tarpmolekuliniø sàveikø savybë yra jø proporcingumas molekuliø dydþiui, kuris atsiranda dël jø atskirø daliø sàveikø sumavimosi-adityvumo. Elektrostatinës sàveikos tarp atomø krûviø sumuojasi, nes tai yra sàveikos tarp atskirø atomø krûviø. Vandenilinës jungtys taip pat yra elektrostatinës sàveikos tarp atskirø atomø trejetø, yra viena nuo kitos nepriklausomos ir vandeniliniø jungèiø sàveikos susideda. Londono-dispersinës sàveikos tarp atskirø molekulës daliø irgi susideda, nes dël judëjimo chaotiðkumo elektronai didelës molekulës atskirose dalyse gali nepriklausomai susiburti. Ðiø sàveikø sumavimàsi-adityvumà didëjant molekulëms aiðkiai rodo angliavandeniliniø (anglies ir vandenilio junginiø) medþiagø bûvio kitimas priklausomai nuo jas sudaranèiø molekuliø dydþio, kadangi jos yra nepolinës ir sàveikauja tik Londono-dispersinëmis sàveikomis. Ið maþø angliavandeniliniø molekuliø, metano, etano, … sudarytos gamtinës dujos áprastinëje temperatûroje yra dujos, tuo tarpu stambesniø molekuliø benzinas ar oktanas yra skysti, o klampi nafta yra sudaryta ið dar stambesniø molekuliø. Kadangi visos ðios tarpmolekulinës sàveikos sumuojasi, tai galima manyti, kad sàveikos tarp molekuliø susideda ið sàveikø tarp jø atomø, atskirai iðskiriant vandenilines jungtis. Iš to išplaukia, kad sàveikos tarp molekuliø koreliuoja su jø atomø skaièiumi ir didëja didëjant atomø skaièiui molekulëse. Kaip matëme, elektrostatinës ir dispersinës-Londono sàveikos priklauso nuo atstumo ir staigiai maþëja didëjant atstumui tarp atomø, todël ðios sàveikos yra didþiausios, kai atomai susilieèia, o vandenilinëse jungtyse atstumai tarp abiejø kraðtiniø atomø yra maþi ir pastovûs. Todël tarpmolekulinës sàveikos yra tuo stipresnës, kuo didesniu plotu ir kuo didesniu skaièiumi atomø molekulës susilieèia. Pavyzdþiui, DNR molekulës dvigubos spiralës þymus papildomas stabilizavimas gaunamas susilieèiant jos plokðèioms azotinëms bazëms. Kai dvi molekulës turi nelygius pavirðius, kuriuose susilieèia po keliolika ir daugiau abiejø molekuliø atomø porø, susisumavusios tokiø molekuliø ir/ar makromolekuliø sàveikos tampa iðskirtinai stiprios ir ðios molekulës sudaro stabilø, gana ilgà laikà iðsilaikantá kompleksà. Tokio komplementaraus molekuliø pavirðiø papildymo ir atitikimo, dar vadinamo struktûriniu atitikimu, nulemta iðskirtinai stipri sàveika ir stabilaus Mokslas ir gyvenimas 2011 Nr. 7 29
Page 1 and 2: 2011 7 Bûti ar nebûti Karklës pa
Page 3 and 4: piuteriai Maþiausias asmeninis kom
Page 5 and 6: Lietuvos mokslø akademija neteko s
Page 7 and 8: Straipsnio publikavimas finansuojam
Page 9 and 10: lo studijas, susijusias su jûrinia
Page 11 and 12: Traumø ir profesiniø mës. Kaip i
Page 13 and 14: likimas kaièiu gyveno Kaune. Kas a
Page 15 and 16: Nauja investicinë idëja ir jos pe
Page 17 and 18: uotojams D.Lietuvoje, pradedant Ant
Page 19 and 20: Lietuvos mokslø akademijos narys,
Page 21 and 22: paplûdimio galimybiø studijai. Ko
Page 23 and 24: 10 mitø apie gyvalazdes Daugelis
Page 25 and 26: tiems augintojams. Tai vietnaminë
Page 27: Juozapas Chodzka sius mokslus. 1817
Page 31 and 32: þemoms neigiamoms temperatûroms,
Page 33 and 34: go pûgos siautëjo tarytum þiemà
Page 35 and 36: spalvingà ir originalià asmenybæ
Page 37 and 38: dama, kai lemputës šviesdamos ši
Page 39 and 40: vieðojo kalbëjimo, interviu davim
Page 41 and 42: Vadovëliø autorës savo tëvø fi
Page 43 and 44: aðèio takais“ Pateikiami sampro

Mitai apie gyvalazdes - Vilniaus universitetas

Create successful ePaper yourself

Delete template?

Save as template?